- 相關(guān)推薦
基于RFID物品防盜系統的設計方式的論文
1 前言
射頻識別RFID（Radio Frequency Identification）技術(shù)是通過(guò)無(wú)線(xiàn)射頻方式傳輸和獲取相關(guān)數據，并對物體加以識別。RFID解決了無(wú)源（卡中無(wú)電源）和免接觸兩大難題，可實(shí)現運動(dòng)目標識別、多目標識別，其突出優(yōu)點(diǎn)是環(huán)境適應性強，能夠穿透非金屬材質(zhì)，數據存儲量大，抗干擾能力強。目前已廣泛用于學(xué)校、公共交通、門(mén)禁、物流、醫療等領(lǐng)域，已成為21世紀最熱門(mén)的技術(shù)之一。
典型的RFID系統由電子標簽、閱讀器、應用系統等組成，電子標簽有主動(dòng)標簽、半主動(dòng)標簽與被動(dòng)標簽之分，電子標簽有著(zhù)全球唯一的電子編碼，且有一定的存儲空間，可以存儲所標識物體的一些信息。電子標簽可通過(guò)讀寫(xiě)設備重新寫(xiě)入信息，來(lái)實(shí)現標簽的重復利用。
現如今人們出門(mén)在外通常會(huì )攜帶一些必備物品，手機、平板電腦、錢(qián)包及各種卡片，如信用卡、身份證、公交卡等。這些物品基本上是日常生活離不開(kāi)的，更有一些物品是集多功能于一身的。但若出門(mén)忘帶或者不小心丟失這些東西則會(huì )給人們帶來(lái)不便甚至會(huì )造成損失；還有一些貴重物品趨于袖珍化，被不法分子順走也不易被發(fā)現。因此如果有一套系統將這些物品管理起來(lái)，當物品脫離系統范圍就發(fā)出報警，這樣人們就會(huì )很輕松地管理隨身物品，為防盜提供可靠保障。
2 系統設計及實(shí)現
本系統設計的思路是將要管理的物品貼上無(wú)源電子標簽，設計一個(gè)易攜帶、低功耗的閱讀器來(lái)管理這些標簽從而實(shí)現防盜。因系統采用電池供電，對低功耗要求比較嚴格，因此采用超低功耗的MSP430芯片作為主控芯片，閱讀器芯片采用AS3991，系統框圖如圖1所示。
AS3991是奧地利微系統公司研制的一款用于超高頻（860MHz～960MHz）RFID閱讀器的專(zhuān)用芯片，內部集成了射頻的發(fā)射與接收，支持EPC Class1 GEN2協(xié)議，但芯片對ISO18000-6A/B協(xié)議的支持并不完全，只能直接串行輸出碼流，因此解碼與校驗必須由MCU完成。AS3991內部可輸出最高為0dBm左右的已調射頻載波信號，這一功率遠遠不夠驅動(dòng)遠距離的無(wú)源標簽，需增加外部功放電路來(lái)提高發(fā)射功率。功放芯片采用RF5110G，其典型工作頻率為800-950MHz，還可以通過(guò)調整控制電壓來(lái)改變輸出功率。因為射頻部分的電路設計復雜且要求較高，系統采用已設計好的閱讀器電路，只留有電源接口及數據接口。通過(guò)控制器GPIO就可以實(shí)現對閱讀器的編程及數據收發(fā)，電路原理圖如圖2所示。
系統采用超高頻（UHF）閱讀器及標簽，是因為其可以實(shí)現遠距離傳輸，也具有一定的穿透性，而常用到的高頻（13.56MHz）只有幾厘米到十幾厘米的作用距離。該系統可以將電子標簽進(jìn)行注冊，然后將注冊在案的標簽進(jìn)行保護，當標簽不在系統的閱讀范圍內，則可以發(fā)出聲音報警的功能，提醒主人。還可以通過(guò)搜索的功能在系統閱讀范圍內尋找指定的在冊的標簽，若發(fā)現，則發(fā)出聲音提醒。
系統有三大主要功能：
�、抛詷撕灩δ�。將重要物品貼上電子標簽，將撥動(dòng)開(kāi)關(guān)撥到注冊端，這時(shí)系統就啟動(dòng)了注冊功能，此時(shí)的閱讀器發(fā)射功率低，只能激發(fā)厘米級范圍內的標簽，近距離可以避免在公共場(chǎng)所內搜索到附近他人的標簽。此時(shí)系統掃描到電子標簽，會(huì )與存儲器中的信息比較，如果是一個(gè)新的標簽，將會(huì )提示是否注冊，注冊成功后，標簽信息將保存在芯片24C08中。24C08是一種電可擦可編程只讀存儲器，其保存的數據在掉電后不會(huì )丟失。
�、茦撕灧辣I功能。將撥動(dòng)開(kāi)關(guān)撥到防盜端，系統即啟動(dòng)防盜功能，此時(shí)的閱讀器發(fā)射功率較高，閱讀距離可達1米左右。系統會(huì )定時(shí)去掃描已被注冊的電子標簽，若在掃描過(guò)程中找不到某個(gè)標簽，系統會(huì )發(fā)出報警聲，提醒主人；若在掃描過(guò)程中發(fā)現所有的標簽都在閱讀范圍內，系統轉為睡眠模式，以便節電。一段時(shí)間后，系統通過(guò)定時(shí)喚醒進(jìn)行下一輪的掃描。
�、撬阉鳂撕灩δ�。當系統發(fā)現標簽不在閱讀范圍內時(shí)發(fā)出報警。用戶(hù)可以檢查物品是否丟失，若發(fā)現真的不見(jiàn)了，用戶(hù)可以按下搜索按鈕，此時(shí)系統的發(fā)射功率又可以增強，閱讀范圍可達到1-3米。這樣當標簽進(jìn)入閱讀器范圍時(shí)，系統同樣會(huì )有聲音提示。這個(gè)功能可以為公安人員搜查盜竊嫌疑人提供手段。
3 軟件部分
MSP430與AS3991構成一套主從設備，由MSP430控制完成與AS3991的通信。AS3991內部已嵌入了對EPC GEN2協(xié)議的支持，集成了很多直接命令，用戶(hù)只需直接調用相應的代碼就可以了。軟件流程圖如圖3所示。
系統軟件的設計除了要實(shí)現對標簽的讀取外，還要實(shí)現兩個(gè)功能，第一，通過(guò)軟件控制閱讀器的發(fā)射功率，從而改變其閱讀距離；第二，標簽及閱讀器的防沖突問(wèn)題。
3.1 控制發(fā)射功率
系統采用無(wú)源電子標簽作為信息載體，它只有靠接收到來(lái)自閱讀器的激發(fā)才能與閱讀器進(jìn)行通信。閱讀器向標簽傳遞能量時(shí)存在路徑損耗，所謂路徑損耗是指傳輸到閱讀器發(fā)射天線(xiàn)的功率與標簽接收天線(xiàn)獲得的功率之差。因此應先做件鏈路預算的工作，包括前向鏈路與反向鏈路兩個(gè)方向的預算，確保標簽與閱讀器能在指定距離處穩定通信。因為系統有三種不同閱讀距離，單靠硬件來(lái)實(shí)現這種功能比較復雜，可以通過(guò)程序來(lái)控制硬件實(shí)現三種不同的發(fā)射功率，從而實(shí)現不同的閱讀距離。
如圖2所示，Rf5100的ACP1與ACP2管腳的電壓可以控制PA的輸出增益。配置AS3991的8位寄存器（地址為0x18）來(lái)控制DAC端的輸出電壓，可以實(shí)現0～3.2V的變化，步階是：3.2/256=0.0125V。DAC端的可變電壓能夠控制PA的變化輸出。
3.2 防沖突算法
在RFID系統中，標簽和閱讀器之間的通信是通過(guò)共享的無(wú)線(xiàn)信道進(jìn)行的，在多個(gè)閱讀器或者多個(gè)標簽同時(shí)發(fā)送信號的時(shí)候，必然會(huì )引起發(fā)送信號相互之間的沖突。因此在RFID系統中存在兩種類(lèi)型的沖突：標簽沖突和閱讀器沖突。而對于本系統來(lái)講，所管理的標簽數量不是很大，且標簽ID都是已知的，閱讀器要激活標簽時(shí)，只需發(fā)送指定的ID號就可以了。本系統面臨的沖突問(wèn)題可能是閱讀器的沖突，因為閱讀器是每個(gè)人都隨身攜帶，且其閱讀距離有些近，容易造成在某一個(gè)小范圍內，同一個(gè)標簽處于好幾個(gè)閱讀器的閱讀范圍，尤其在擁擠的公交車(chē)等公共場(chǎng)所，因此解決閱讀器的沖突是本系統的重點(diǎn)。
閱讀器防沖突的方法有：基于控制閱讀器發(fā)射功率方法、基于時(shí)序的方法、基于載波偵聽(tīng)方法以及其它方法。本文采用了基于載波偵聽(tīng)的 方法，其思想是：將通信信道分為兩部分，控制信道和數據信道�？刂菩诺烙糜陂喿x器之間的通信來(lái)偵聽(tīng)是否有閱讀器在工作；數據信道用于閱讀器和標簽之間的通信�？刂菩诺朗钦麄�(gè)RFID系統頻段的一部分，控制信道和數據信道相互之間不會(huì )產(chǎn)生干擾。
4 結束語(yǔ)
本設計采用超低功耗的MSP430為主控制芯片，以超高頻RFID為技術(shù)手段設計了一套隨身物品防盜系。用戶(hù)只需將要保護的物品貼上超高頻電子標簽就可以被系統保護，或者直接將超高頻射頻卡作為保護的對象。該系統可以程控閱讀距離實(shí)現不同的功能，系統多數時(shí)間處于休眠模式，真正實(shí)現低功耗。該系統的不足之處是沒(méi)能實(shí)現標簽的通用性，尤其是不能識別身份證、門(mén)禁系統等常用的高頻（13.56MHz）射頻卡。
孫曄，王艷秋.RFID射頻識別技術(shù)及應用.電大理工.2009，（01）：12-14.
趙斌，張紅雨.RFID技術(shù)的應用及發(fā)展.電子設計工程.2010，18（10）：123-126.
郭曉峰.UHF RFID閱讀器芯片功率放大器設計.北京：北京交通大學(xué).2009.
游戰清，劉克勝，吳翔.無(wú)線(xiàn)射頻識別（RFID）與條碼技術(shù).北京：機械工業(yè)出版社.2006.
佐磊，何怡剛，李兵，等.無(wú)源超高頻射頻識別系統路徑損耗研究.物理學(xué)報.2013，62（14）：150-157.
【基于RFID物品防盜系統的設計方式的論文】相關(guān)文章：
基于系統設計的科研管理論文09-22
基于冗余PLC的井下排水自動(dòng)控制系統的設計的論文02-22
基于DSP整流器設計論文04-18
關(guān)于小議網(wǎng)頁(yè)設計與制作的教學(xué)方式論文07-12
FPGA數據采集與回放系統設計論文04-24
商譽(yù)計量方式的論文05-03
商譽(yù)計量方式的論文05-03
商譽(yù)計量方式的論文05-03
商譽(yù)計量方式的論文05-03